3.2.1　电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）

ICP-MS已成为测定环境样品中痕量元素和同位素比值最为常用的仪器。ICPMS装置主要由样品引入系统、离子源（ICP 炬管）、接口装置、离子聚焦系统和质谱仪（质量分析器及检测器）组成（图3-7）。其具体的工作原理如下：样品由载气带入高频等离子体焰炬中，在高温下被蒸发气化、分解、激发，电离成离子化气体，产生的离子经离子光学透镜聚焦后进入质量分析器，经滤质器按照荷质比分离后，到达离子检测器，根据检测器的计数与浓度的比例关系，可测出元素的含量或同位素比值。

图3-7　电感耦合等离子体质谱装置示意图

ICP-MS以独特的接口技术将ICP的高温电离特性与质谱仪的灵敏快速扫描的优点相结合，其主要优势在于：①可检测的元素覆盖范围广，能测定绝大多数元素（包括放射性核素）；②动态线性范围宽，可以不经稀释准确测定浓度相差9个数量级的样品；③分析速度快，一个样品的测量时间在分钟级别；④分辨率高、检测限低，高分辨ICPMS对重核素的检测限可低至亚费克级（10-16g）。目前，ICP-MS已广泛用于环境样品中多种中长寿命放射性核素（如Th、U 及Pu的同位素、237Np、241Am、129I、99Tc、226Ra）的测量。

自1983年首台商品仪器进入市场以来，ICP-MS发展迅速，其检测性能不断提高，在环境放射性核素分析中的应用也日益普及。根据质量分析器的不同，ICP-MS可大致分为等离子体四极杆质谱仪（ICP-QMS）、等离子体扇形磁场质谱仪（ICP-SFMS）及等离子体飞行时间质谱仪（ICP-TOFMS）等。其中，基于扇形磁场分析器的高分辨等离子体质谱仪（HR-ICP-MS）和多收集器等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）具有极好的质量分辨率和分析灵敏度，在环境样品放射性同位素比值的超灵敏和高精度分析中展现了良好应用前景。此外，相对于其他类型离子源的质谱仪（如TIMS和AMS），ICPMS造价较低、适用范围广、样品引入和更换方便，且便于与其他在线进样或分离技术联用，具有极大的发展潜力。激光烧蚀、流动注射、高效液相色谱、气相色谱与ICP-MS的联用扩展了样品的引入方式，提高了分析效率并增强了核素形态分析功能。ICP-MS系统引入动态反应池和碰撞反应池，能有效消减或消除多原子离子和同质异位素的干扰。配备碰撞反应池的等离子体串联质谱仪（ICP-MS/MS）展现了优异的消除基体及多原子离子的抗干扰能力以及优异的丰度（分析性能）和灵敏度，近年来已商品化并成功应用于环境样品中多种难测（测量过程复杂）核素（如239/240Pu、236U、129I、99Tc、90Sr及135/137Cs等）的超灵敏分析中，发展潜力值得期待。